Substanzspezifische Isotopenanalytik zur Untersuchung des Abbaus von Spurenschadstoffen aus diffusen Einträgen in Grundwasservorkommen

Description: Die Messung von Substanz-spezifischer Stabilisotopenfraktionierung in Grundwasserschadstoffen (Compound-Specific Isotope Analysis, CSIA) ist ein etablierter Indikator für Abbau stromabwärts von Kontaminationsquellen in Altlasten. Laufende Forschungsarbeiten konzentrieren sich darauf, diesen Ansatz nun auch für diffuse (d.h. nicht Punktquellen) Kontaminanten wie das Pestizid Atrazin im niedrigen µg/L bis sub-µg/L Konzentrationsbereich vorzuspuren. Hier bietet CSIA einen machtvollen Ansatz, Abbau sogar über Zeitskalen sichtbar zu machen, die sonst Untersuchungen gar nicht zugänglich wären, oder wenn fluktuierende Konzentrationen eine Abschätzung erschweren. Der Ansatz beruht auf der Beobachtung, dass sich Isotopenwerte von Atrazin während Biotransformation ändern und somit ein Konzentrations-unabhängiges Indiz für Abbau liefern. Für einen Durchbruch von Spurenschadstoff CSIA im Feld sind jedoch kritische methodologische Fortschritte nötig. (1) Niedrige Schadstoffkonzentrationen (sub-µg/L) in Grundwasser treten in Gegenwart viel höherer Konzentrationen (mg/L) von gelöstem organischen Kohlenstoff (DOC) auf, was selektive und sensitive Spurenschadstoff CSIA stark limitiert. Mit Bakkours Expertise in selektiven Anreicherungs- und Aufreinigungstechniken zielen wir auf entscheidende Verbesserungen für empfindliche CSIA von Spurenschadstoffen in Grundwasserproben. (2) Isotopenfraktionierung in Laborexperimenten wird typischerweise bei viel höheren Konzentrationen (mg/L) als im Grundwasser (sub-µg/L) bestimmt. Mit Elsners Expertise in Chemostat und Fed-Batch Experimenten werden wir Isotopenfraktionierung von Atrazin im niedrigen Konzentrationsregime hinterfragen, als belastbare Basis für Feldinterpretationen. (3) Um als Indikator für Spurenschadstoffabbau zu dienen, müssen die Abbau-induzierten Änderungen in Isotopenwerten größer sein als die Bandbreite in kommerziellen Produkten. In Israel, wo Atrazin noch routinemäßig eingesetzt wird, werden wir daher in einer gemeinsamen Anstrengung Atrazinisotopenwerte (d13C, d15N) im Küstenaquifer analysieren und mit kommerziellen Atrazinprodukten vergleichen. (4) Um solche Isotopen-basierten Feldergebnisse kritisch zu hinterfragen, nutzen wir Bernsteins Expertise in mikrobiologischen Methoden der Hydrologie. Die vereinten Fortschritte werden es uns ermöglichen, die Anwendbarkeit von Spurenschadstoff CSIA für niedrige Konzentrationen im Grundwasser grundlegend zu erforschen.

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Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Schadstoffgehalt ? Organischer Kohlenstoff ? Pestizid ? Altlast ? Atrazin ? Grundwasserbilanz ? Israel ? Grundwasservorkommen ? Hydrogeologie ? Schmutzstoff ? Grundwasserprobe ? Biologischer Abbau ? Biotransformation ? Grundwasserleiter ? Hydrochemie ? Limnologie ? Siedlungswasserwirtschaft ? Laborversuch ? Grundwasser ? Diffuse Quelle ? Punktquelle ? Hydrologie ? Schadstoffquelle ? Analytical Chemistry ? Analytische Chemie ? Integrated Water Resources Management ? Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ? Urban Water Management ? Water Chemistry ?

Region: Bavaria

Bounding boxes: 11.5° .. 11.5° x 49° .. 49°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Ben-Gurion University, Zuckerberg Institute for Water Research (Mitwirkung)
• Technische Universität München, Institut für Wasserchemie und Chemische Balneologie, Lehrstuhl für Analytische Chemie und Wasserchemie (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2021-01-01 - 2025-10-02

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Exploring the Suitability of Compound-Specific Isotope Analysis to Study Degradation of Non-point Source Micropollutants on a Large Aquifer-Scale
  Description: Stable isotope fractionation is a well-established indicator for degradation of organic groundwater pollutants downstream of the source at contaminated sites (i.e. point source). Recently, attempts have addressed also diffuse contaminants (i.e. non-point source) such as pesticides at low µg/L to sub-µg/L concentrations. Here, compound-specific isotope analysis (CSIA) offers a powerful approach to demonstrate long-term turnover even over timescales otherwise inaccessible to investigations, or if fluctuating groundwater concentrations make assessments of degradation challenging. This is based on laboratory observations that isotope values change during biodegradation of typical micropollutants such as atrazine, providing an independent line of evidence of degradation. To facilitate field applications of micropollutant CSIA, however, critical methodological advances are needed at this stage. (1) Low micropollutant (sub-µg/L) concentrations in groundwater are dwarfed by comparatively high (mg/L) dissolved organic matter levels, which makes selective and sensitive CSIA of micropollutants challenging. Pillaring on Bakkour’s expertise in selective enrichment and cleanup techniques we, hence, aim for decisive further increases in the sensitivity of isotope analysis of groundwater samples. (2) Laboratory-derived isotope fractionation is usually determined at mg/L concentrations questioning the representativeness for field conditions. Pillaring on Elsner’s expertise in chemostat and fed-batch studies, we will revisit isotope fractionation of pesticide degradation in the low concentration regime to provide the basis for interpretations in the field. (3) To serve as indicator of contaminant breakdown, degradation-induced isotope shifts must exceed commercial products values. In a concerted German-Israeli effort we therefore take advantage of the Israeli coastal aquifer to conduct a survey of atrazine isotope values (d13C, d15N) in groundwater in a country where this notorious micropollutant is still applied, and to compare these isotope values to those analyzed in parallel in commercial atrazine products. (4) To critically evaluate our insight from isotope results, finally, Bernstein’s combined expertise in hydrology and the use of microbial tools will serve to provide additional lines of evidence for comparison. These combined advances will enable us to fundamentally explore the applicability of CSIA to micropollutant degradation at low concentrations in groundwater. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1138896

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/456675267 (Webseite)

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